Излучение и распространение волн нижнегибридного диапазона в магнитоактивной плазме

• Автор: Шайкин, Андрей Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 122 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И
МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ
1.1. Экспериментальная установка
1.2. Методы диагностики параметров плазмы
1.2.1. Двойной зонд и интерферометр
1.2.2. Определение параметров плазмы по резонансным конусам электромагнитных источников
1.2.3. Измерения магнитного поля по циклотронному поглощению
1.2.4. СВЧ-резонаторный зонд
1.3. Измерение высокочастотных полей в магнитоактивной ПЛАЗМЕ
2. ИЗЛУЧЕНИЕ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВОЛН ВИСТЛЕРНОГО
ДИАПАЗОНА В ОДНОРОДНОЙ ПЛАЗМЕ
2.1. Результаты эксперимента
2.2. Теоретический расчёт
2.2.1. Исходные уравнения и основные соотношения..
2.2.2. Зависимость поля излучения от распределения тока по антенне
2.2.3. Структура полей электрического и магнитного излучателей
2.3. Выводы
3. ВОЛНОВОДНОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВОЛН ВИСТЛЕРНОГО
ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ В ДАКТАХ С ПОНИЖЕННОЙ НА ОСИ КАНАЛА ПЛОТНОСТЬЮ ПЛАЗМЫ
3.1. Результаты эксперимента
3.1.1. Постановка эксперимента
3.1.2. Формирование дакта плотности
3.1.3. Фазометрические измерения
3.1.4. Амплитудные измерения
3.2. Теоретический расчет
3.2.1. Основные уравнения

3.2.2. Особенности волноводного распространения вистлеров.
3.2.3. Утечка энергии из волноводов с повышенной на оси плотностью плазмы
3.2.4. Утечка энергии из волноводов «сложной» формы
3.3. Обсуждение результатов
3.4.3аключение
4. КАНАЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В ДАКТАХ С ПОВЫШЕННОЙ НА ОСИ ПЛОТНОСТЬЮ ПЛАЗМЫ
4.1. Постановка эксперимента
4.2. Теоретический расчёт
4.2.1 Основные характеристики распространения
квазжокализованных мод в канале
4.3. Сравнение результатов амплитудных и фазовых измерений
КВАЗИЛОКАЛИЗОВАННЫХ ВОЛН, РАСПРОСТРАНЯЮЩИХСЯ В КАНАЛЕ
4.3.1. Амплитудные измерения
4.3.2. Фазовые измерения
4.3.3. Распространение волн свистового диапазона в процессе формирования дакта плотности
4.4. Заключение
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Исследование излучения электромагнитных волн дипольными антеннами электрического и магнитного типа в магнитоактивной плазме ведутся достаточно давно [27]. Актуальность данных работ определяется использованием таких антенн в космических [1] и лабораторных экспериментах [28-30].
В последние годы заметно возрос интерес к изучению распространения волн вистлерного диапазона частот в магнитоактивной плазме [2]. Это связано с широким использованием низкочастотных (НЧ) антенн для активной диагностики параметров ионосферной плазмы, для получения более полной картины процессов происходящих в околоземной плазме [1, 12]. Некоторые, весьма перспективные радиофизические методы активной диагностики параметров околоземной плазмы связаны с возбуждением в интенсивных волновых полей НЧ-диапазона [15, 16]. Высокая информативность указанных методов исследования Земной ионосферы и магнитосферы приводит к поиску эффективных источников низкочастотного излучения спутникового базирования. Однако, вследствие больших длин волн вистлеров в ионосфере и магнитосфере Земли, эффективность компактных антенных систем обычно оказывается недостаточной. Следовательно, задача возбуждения интенсивных волновых полей в плазме сводится к увеличению подводимой к антенне мощности. При этом ближние поля создаваемые такими антеннами оказываются достаточными для модификации параметров плазмы [4, 5, 19, 31]. Вследствие этого происходит существенное изменение электродинамических характеристик излучателей [32, 33]. Следовательно, представляется целесообразным изучение влияния нелинейных эффектов в ближней зоне излучателя на его параметры [34]. В результате нагрева электронов плазмы ближними полями антенн и термодиффузионного перераспределения плазмы вблизи излучателей образуются также

антенны покрыты слоем изолятора толщиной о соло 0,15 мм. Точное значение угла распространения квазипотенциальных волн вистлерного диапазона по отношению к внешнему магнитному полю даётся формулой
й){со2ре+(о2Не-(о2^2 0Г = агс^— —— , (1.1)
[(<-©2Х<-®2)]1'
где <х> - частота подводимого к излучающей антенне сигнала, соре и й>не -плазменная и гирочастота электронов. В пределе й>ре»&>Не формула
а _ . СО
преобразуется к виду - агС1§ — ■ . Данная диагностика
{соНе-со )
позволяет с точностью не хуже 2% измерить значение магнитного поля в лабораторной установке.
1.2.3. Измерения магнитного поля по циклотронному поглощению.
В экспериментах описанных в гл.З, для того, чтобы правильно установить тип захваченных в канал волн (квазипродольный вистлер, волны конической рефракции) было необходимо точно знать величину внешнего магнитного поля в лабораторной установке. Для этого были проведены измерения магнитного поля по циклотронному поглощению. Суть метода заключается в измерении циклотронного поглощения электромагнитной волны распространяющейся вдоль магнитного поля. Напомним, что выражение для показателя преломления для волн распространяющихся вдоль поля (без учёта движения ионов) записывается как
п2=1-й)2ре/((у(й±щне)), (1-2)
где со-частота высокочастотного поля.
Видно, что показатель преломления для волны, у которой вращение вектора поляризации электрического поля совпадает с направлением ларморовского вращения электронов (что соответствует знаку в формуле (1.2)) при щ=<Дне имеется особенность. Следовательно, при